反應(yīng)堆安全分析過程中,獲得反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)部準(zhǔn)確的流場至關(guān)重要。以小型壓水堆為研究對象,運(yùn)用計算流體力學(xué)（CFD）方法對反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)部流場進(jìn)行計算分析,獲得燃料組件流量分配和下封頭混合特性。結(jié)果表明:兩泵高速對稱入口條件下,燃料組件流量分配系數(shù)最大值為1.032,最小值為0.934,且流量整體分布呈現(xiàn)"中間大、邊緣小"的特點;一泵高速非對稱入口條件下,下封頭流動漩渦增強(qiáng),燃料組件流量分配的不均性增大;下封頭混合特性計算得到堆芯入口冷卻劑流量混合因子最小值為0.022,下封頭冷卻劑混合能力不足。 

【文章來源】：核動力工程. 2020,41(05)北大核心EICSCD

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【部分圖文】：

反應(yīng)堆壓力容器下封頭流線分布Fig.4StreamlineDistributiononReactorPressureVesselLowerPlenum

RPV內(nèi)部幾何結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在不影響RPV內(nèi)流場計算的前提下，有必要對幾何模型進(jìn)行適當(dāng)簡化。計算模型包括入口管段、壓力容器下降段、下封頭、堆芯下板、堆芯、吊籃上板、上腔室和出口管段，其中堆芯區(qū)域和上腔室區(qū)域采用簡化結(jié)構(gòu)。1.2邊界條件進(jìn)出口邊界條件設(shè)置質(zhì)量入口、自由出口；壁面邊界為無滑移壁面；離散方式采用一階迎風(fēng)格式；收斂條件取殘差小于10-5；計算類型為穩(wěn)態(tài)計算[6-8]。1.3網(wǎng)格劃分及敏感性分析采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格與非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格相結(jié)合方案進(jìn)行RPV網(wǎng)格劃分（圖1）。入口管段、壓力容器下降段、堆芯和出口管段采用六面體結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格；下封頭、堆芯下板、堆芯上板和上腔室采用四面體非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。分別建立161萬、189萬、217萬、230萬、250萬網(wǎng)格模型，對比不同網(wǎng)格數(shù)量下堆芯下板圖1反應(yīng)堆壓力容器網(wǎng)格劃分Fig.1MeshingofReactorPressureVessel的冷卻劑流量歸一化標(biāo)準(zhǔn)差，定義如下：2372137iiiQTQ（1）式中，iQ為i組件入口流量；Q為組件平均入口流量；iT為i組件試驗測量歸一化入口流量。隨網(wǎng)格數(shù)量增大，減�。痪W(wǎng)格數(shù)量大于217萬，堆芯下板達(dá)到最小（圖2）。考慮計算速度與計算精度，最終取模型網(wǎng)格數(shù)量為217萬。圖2不同網(wǎng)格數(shù)量的σFig.2σofDifferentGridNumbers1.4數(shù)學(xué)模型1.4.1多孔介質(zhì)模型堆芯區(qū)域結(jié)構(gòu)的簡化導(dǎo)致冷卻劑摩擦阻力和形狀阻力減小，采用多孔介質(zhì)模型進(jìn)行阻力補(bǔ)償。該模型通過在N-S方程中添加源項iS來模擬計算多孔材料中流體所受的阻力。212iiiSvCvv（

研舊習(xí)搴蛻锨皇也捎?四面體非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。分別建立161萬、189萬、217萬、230萬、250萬網(wǎng)格模型，對比不同網(wǎng)格數(shù)量下堆芯下板圖1反應(yīng)堆壓力容器網(wǎng)格劃分Fig.1MeshingofReactorPressureVessel的冷卻劑流量歸一化標(biāo)準(zhǔn)差，定義如下：2372137iiiQTQ（1）式中，iQ為i組件入口流量；Q為組件平均入口流量；iT為i組件試驗測量歸一化入口流量。隨網(wǎng)格數(shù)量增大，減�。痪W(wǎng)格數(shù)量大于217萬，堆芯下板達(dá)到最小（圖2）。考慮計算速度與計算精度，最終取模型網(wǎng)格數(shù)量為217萬。圖2不同網(wǎng)格數(shù)量的σFig.2σofDifferentGridNumbers1.4數(shù)學(xué)模型1.4.1多孔介質(zhì)模型堆芯區(qū)域結(jié)構(gòu)的簡化導(dǎo)致冷卻劑摩擦阻力和形狀阻力減小，采用多孔介質(zhì)模型進(jìn)行阻力補(bǔ)償。該模型通過在N-S方程中添加源項iS來模擬計算多孔材料中流體所受的阻力。212iiiSvCvv（2）式中，v為流體速度矢量；iv為i方向流體速度；是流體密度；為流體的動力粘性系數(shù)；1/為粘性阻力系數(shù)；C2為慣性阻力系數(shù)。因冷卻劑流速較高，慣性損失項起主要作用，因此可以將壓降定義為動壓頭的函數(shù)[9]:212iPCvv（3）根據(jù)式（3），利用小型壓水堆實驗滿功率運(yùn)行工況下的堆芯壓降、冷卻劑流速測量值，得到燃料組件的慣性阻力系數(shù)C2為12。橫向阻力系數(shù)比慣性阻力系數(shù)大得多，且受到主流慣性力與堆芯元件幾何結(jié)構(gòu)的影響較大，一般通過試驗測量得到[10]。參考以往研究，本文取橫向阻力系數(shù)是慣性阻力系數(shù)的10倍[1,5]。

【參考文獻(xiàn)】：
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